Apostila de Circuito Impresso, Manuais, Projetos, Pesquisas de Eletrônica

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Circuito Impresso

¾ Um pouco de história

Inicialmente, os primeiros equipamentos eletrônicos eram montados em barras de terminais ou em chassis, nos quais eram soldados os componentes e fios para termos as devidas conexões elétricas.

Com a criação da técnica de circuito impresso, em 1957, os equipamentos puderam ter seus tamanhos reduzidos, bem como aumentada sua escala de produção, graças as facilidades em se poder reproduzir as placas.

Os primeiros circuitos impressos utilizavam uma chapa de material fenólico (papelão impregnado com uma resina) e possuíam em uma das faces uma fina camada de cobre. O circuito era impresso por processo serigráfico e o excesso de cobre era retirado por processo químico (corrosão).

Atualmente, fabricam-se circuitos impressos com múltiplas camadas de cobre (tanto externas como internas) e utilizam- se diversos materiais como base, como o fenolite, a fibra de vidro e até alguns compostos cerâmicos.

⇒ impregnação do material-base com a resina : esta impregnação é feita em máquinas impregnadoras, dotadas de um tanque de impregnação e estufa de secagem.

O material é colocado na máquina sob a forma de rolo. A resina, já preparada, é colocada no tanque de impregnação, onde passará o material base, à medida que o mesmo vai se desenrolando. O material-base já impregnado passa então pela estufa de secagem. Após esta etapa, o material-base é cortado em folhas, nas dimensões desejadas.

⇒ prensagem do material-base à quente : as folhas de material-base impregnadas de resina, são então agrupadas em pilhas, sendo que cada pilha contem um certo número de folhas, que depende da espessura da chapa desejada.

Exemplo ; supondo que cada folha de papel impregnado tenha 0,2 mm de espessura, portanto, para ser feita uma chapa de 2 mm de espessura, serão necessárias 10 folhas de papel empilhadas (0,2 mm x 10 = 1 mm).

Estas pilhas são colocadas em prensas de alta pressão e temperatura. Na prensagem, a resina impregnada no material-base, devido ao calor, volta ao estado líquido, unindo todas as folhas da pilha, e por evaporação todos os solventes da resina são eliminados, secando a resina em definitivo.

Até aqui temos o processo de confecção do laminado em sí, mas não da placa de circuito impresso, para sua obtenção procede-se da seguinte forma.

Figura 02

Antes da prensagem à quente, o material-base é revestido com uma folha de cobre (com espessura que pode ser de 35 μm ou 70 μm) em um ou nos dois lados, formando assim o laminado cobreado de simples ou dupla face, figura 04****.

¾ Processos de Fabricação

Existem basicamente dois processos de fabricação de placas de circuito impresso: o processo aditivo e o subtrativo.

⇒ Processo Subtrativo : é o processo mais antigo e ainda o mais utilizado para fabricação de placas de circuito impresso. Utiliza-se uma chapa (material-base) recoberta por uma fina camada de cobre em uma ou em ambas as faces, sob as quais é transferida uma imagem do circuito, seja por processo serigráfico ou por laminação de filmes, e através de corrosão química, retira-se o cobre em excesso. Este processo também é utilizado para fabricações caseiras de placas.

⇒ Processo Aditivo (Técnica Galvânica) : este processo parte de uma chapa do material base limpa (sem cobre em sua superfície) e, por processos de deposição (processo de eletrólise) as partículas de metal condutor são depositadas na placa de material isolante, formando as ilhas e trilhas do circuito impresso.

Figura 04

Laminado

Folha de cobre

¾ Classificação das Placas de Circuitos Impressos

Î Quanto ao número de faces

De acordo com o número de camadas de cobre existentes sob o material-base, podemos dizer que um circuito impresso é:

⇒ Simples Face : Possui cobre em apenas uma das faces.

⇒ Dupla Face: ambas as faces do material possui cobre.

FURO METALIZADO

cobre laminado

⇒ Multi-Camadas ou Multi-Layer : as trilhas e ilhas encontram-se tanto nas faces externas como também internamente. Assim, é possível produzir circuitos impressos multi-camadas ( multi-layer ) utilizando-se uma técnica onde duas ou mais placas do tipo dupla-face são prensadas, resultando em um único laminado no final.

Entre as placas é aplicada uma resina (ou cola) para separar os circuitos eletricamente e mantê-los unidos mecanicamente.

1 - Montagem 2 - Alinhamento das camadas

3 – Prensagem com temperatura e pressão

ª Desvantagens :

¬ Material abrasivo prejudica usinagem

¬ Custo mais elevado que a Fenolite

⇒ Fibra de Vidro/Teflon (Duroid®): Manta de fibra de vidro trançada, impregnada com PTFE (Teflon® )

ª Vantagens :

¬ Propriedades dielétricas excelentes em alta freqüência

ª Desvantagens :

¬ Custo elevado

⇒ Composite : Trata-se de uma mistura de resina fenólica com a fibra de vidro. Possui melhor estampabilidade que a fibra. Trata-se de um intermediário entre os dois tipos expostos. Utilizado apenas em placas de simples-face.

⇒ Cerâmicos: utilizados em placas de radiofreqüência e outros circuitos críticos em que o material-base influencia no circuito, atuando como dielétrico entre as camadas, podendo alterar o funcionamento do mesmo.

⇒ Poliéster (Polietileno Tereftalato - PET; Mylar ®) : Utilizado para circuitos impressos flexíveis

ª Vantagens :

¬ Baixo custo

¬ Boa resistência mecânica e química

¬ Boas propriedades dielétricas

ª Desvantagens :

¬ Baixa resistência térmica (soldagem difícil)

Î Processos de Acabamento

Todas as placas de circuito impresso precisam passar por um processo de acabamento, no qual o cobre (ilhas e trilhas) é protegido de sua oxidação natural e também as propriedades de soldabilidade são melhoradas. Os acabamentos mais comuns são:

⇒ Verniz sobre cobre : neste tipo de acabamento, aplica-se uma fina camada de verniz especial sobre a placa, cobrindo-a inteira. Este verniz possui uma característica que não impede a soldagem dos componentes, mas protege o cobre de oxidação. É utilizado principalmente em placas protótipo e circuitos amadores e em placas do tipo simples face.

⇒ Hot Air Leveling (HAL): por um processo especial, aplica-se estanho chumbo apenas nas ilhas e contatos elétricos, deixando o restante do traçado condutor apenas em cobre. Depois, é aplicada uma camada de verniz onde toda a superfície da placa é recoberta, deixando expostas ilhas/contatos elétricos. É um excelente processo de acabamento garantindo uma excelente qualidade final na placa.

⇒ Douração : utilizado principalmente em placas que utilizam contatos de borda (a borda da placa funciona como sistema de conexão, como nas placas de computadores). Aplica-se uma fina camada de ouro, que devido as suas propriedades elétricas, garante um ótimo contato.

⇒ Carbono : utiliza-se principalmente em contatos de teclas feitos na própria superfície da placa. Muitos teclados utilizam esta técnica.

Î Espessura do laminado de cobre

Devido aos diferentes usos das placas de circuitos impressos, desde circuitos de potência e placas apenas com circuitos lógicos, utilizam-se laminados com espessuras diferentes de cobre.

Existem três valores padrão de espessura da camada de cobre, sendo;

ª ½ onça = 0,17μm,

ª 1 onça = 0,35μm

ª 2 onças = 0,70μm.

Î Noções Básicas

Antes de iniciarmos o projeto de placas, é importante conhecer alguns aspectos básicos importantes para definirmos como será a execução do mesmo.

⇒ Grade Atualmente, a maioria dos componentes utilizados em circuito impresso possui distância entre terminais medida em polegadas. Para dispor os componentes, bem como routear (traçar) as ligações, utiliza-se uma grade imaginária, também chamada de raster.

Esta grade normalmente é medida em uma unidade denominada mils (abreviação de milésimo de polegada) e corresponde a um milésimo da polegada, ou seja, 0,0254 mm (1 pol = 2,54 cm). Os componentes são sempre dispostos utilizando-se múltiplos desta unidade (ex.; 100 mils).

⇒ Tabela de referência Mils / mm

As ilhas convencionais possuem dois parâmetros a serem considerados no seu dimensionamento:

¬ diâmetro do furo,

¬ largura do anel metálico.

A escolha do diâmetro do furo leva em consideração o diâmetro do terminal a ser inserido (no caso de terminais de secção retangular deve-se considerar a dimensão da diagonal) e se o furo será metalizado ou não (a metalização só é possível em placas do tipo dupla-face).

Recomenda-se que diâmetro da ilha seja 1,8 vezes o diâmetro do furo, ou pelo menos 0,5 mm mais largo.

Alguns formatos de ilhas

A ilha deve ser proporcional, ou seja, compatível com o furo.

d

= 1,8 x d

ª Furos de Passagem

Também conhecidos como furos metalizados, são orifícios onde existe metalização (condutor elétrico) entre duas faces de uma mesma placa de circuito impresso. Como em placas do tipo dupla-face e/ou multi-camadas, muitas vezes é necessário a passagem de uma ligação entre uma face e outra sem existir a necessidade de um terminal de componente, utiliza-se a metalização do furo para resolver esta necessidade.

⇒ Recomendações para projeto de PCI

ª Largura das trilhas e (mm)

Corte de furos metalizados

Cobre x Corrente Até 1A Até 2A Até 5A Até 10A 1/2 onça/pé² 0,70 1,80 6,40 16, 1 onça/pé² 0,40 0,90 3,10 8, 2 onça/pé² 0,20 0,50 1,70 4,

b) Calcular a largura mínima de uma trilha, por onde circulará uma corrente de 80 mA.

Obs :

Este cálculo nos fornece a largura mímina , não impedindo que se faça uma trilha mais larga na prática.

Portanto, no exemplo b , o resultado foi de 0,2 mm, não impedindo que na prática façamos uma trilha de 1 ou 2 mm de largura.

⇒ Traçado, algumas recomendações;

ª Seguir sempre o menor percurso entre duas ilhas; redução da indutância das trilhas e melhor estética.

ª Evitar cantos com ângulos acentuados ; redução da indutância das trilhas e melhor estética.

ª Manter uniformidade no traçado da ilha

L 0 , 2 mm 0 , 4

Largura mínima = 0,2 mm

80m A

ERRADO CERTO

ERRADO CERTO

ª Evitar uso de jumpers

ª Evitar grandes áreas ; devido a redução de correntes parasitas, solução utilizada por baixo de indutores e transformadores, devido às correntes de Foucault.

ª Cruzamento sem linhas ; melhor distribuição de corrente e melhor estética.

ª Ligações em triangulo ; melhor distribuição de corrente, aumento da área útil e redução do numero de pontos de chegada nas ilhas, propiciando melhor soldagem.

ª Filetes largos ou grandes superfícies ; melhor condição de soldagem reduz o espalhamento de solda.

Errado Certo

Errado Certo

Errado Certo

Errado Certo

Jumper